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普通PCI接口的高速数字信号处理板卡设计
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摘要：本文介绍了PCI接口的基本功能和特点；利用PLX9054接口芯片，结合双口RAM和EPLD逻辑电路，实现了TMS320C6701与PCI总线间的双向高速实时数据交换；分析了DSP与SBSRAM接口信号的完整性，对PCB设计作了仿真分析。
关键词：PCI DSP 数字信号处理
随着数字信号处理器（DSP）及其外围支持芯片性能的提高，软件无线电已经得到广泛应用，大大增强了实时信号处理系统的整体性能。但另一方面，随着ADC和DAC向射频方向前移，信号的采样频率也相应地提高，使得DSP系统数据交换的带宽成倍增长。传统数据交换接口的瓶颈效应日趋明显，因而相应地诞生了一批新的接口标准。PCI接口从1993年提出至今，得到了众多计算机设备厂商的支持，已经在PC机、工业控制等相关领域得到了广泛的应用。
1 基于PCI接口的高速信号处理板卡的设计
图1是该板卡的原理框图。无源雷达接收机输出的中频（30MHz）窄带（带宽为30MHz）窄带（带宽为200kHz）正交信号经过缓冲、滤波后送入A/D变换器AD9051进行高速模数转换。由于采用直接中频带通采样，不但降低了接收机的复杂度，而且减小了接收机的输出噪声电平，有利于提高接收机的灵敏度和动态范围。采用30MHz的采样频率，数据流首先进入FIFO存储器IDT72V255中缓存。当FIFO充满时，EPLD（EMP7128）给TMS3206701 DSP一个外中断信号，启动DSP的DMA传输，将FIFO中的数据快速地传输到DSP片外的同步突发静态存储器（samsung K7A163601M）中。DMA传输结束后，DSP对采样的数据作时-空二维相关处理[1]，处理的结果首先写入双口RAM（IDT70V25）中。PCI总线与双口RAM的数据交换，采用了邮箱寄存器（Mail Box）的方式进行。具体实现如下：先在双口RAM中的某一固定的地址定义一个存储单元作为双方通信的"邮箱"，该存储单元被答作邮箱寄存器。数据通信的发起方先检查邮箱寄存器是否为空，如果邮箱寄存器是空的，则将数据写入双口RAM中；否则就等待邮箱寄存器为空。数据的接收方不断地查询邮箱寄存器，如果发现邮箱寄存器的值为非空，则将双口RAM中的数据读入，同时将邮相寄存器置为空值。利用这种方法的优点是无需外加数据通信握手信号和逻辑，就可以直接完成双向数据流的交换，对通信重复间隔长、数据块大的传输十分适用。
1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI总线的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司，于1993年推出了PC局部总线标准——PCI总线。PCI是一套整体的系统解决方案，较其它只为加速图形或视频操作的局部总线优越。PCI局部总线采用32位或64位数据总线，以33MHz或66MHz的时钟频率操作，可支持多组外围部件及附加卡。在33MHz情况下，其数据传送率高达132MB/s；在66MHz情况下，其数据传送率翻倍。另外，它支持线性突发的数据传输模式，可确保总线不断满载数据。外围设备一般会由内存某个地址顺序接收数据，这意味着可以由一个地址起读写大量数据，然后每次只需将地址自动加1，便可接收数据流下一个字节的数据。线性突发传输能够更有效地利用总线的带宽传送数据，以减少无谓的地址操作。在雷达信号处理中，对信号的实时性要求很高，这就要求信号传输的带宽要足够高，PCI接口非常适合将高速信号处理模块和计算机桥接在一起。目前PCI接口的设计一般采用两种方法：其一是采用通用接口芯片完成。常用的芯片有：AMCC公司的S5933，PLX公司的PLX9054等。其二是采用EPLD或FPGA实现。这种方法可以针对自身的需要定制一定的功能，因而设计灵活性大，但必须严格遵循PCI总线的规范。采用通用接口芯片完成的好处是设计时可以不用关心PCI总线操作，只要处理好本地总线接口即可。设计简单省时。本文采用PLX9054的C模式完成PCI接口功能。PLX9054有着独立的本地总线（Local Bus），由它负责对双口RAM进行访问控制。
关键词：PCI DSP 数字信号处理
随着数字信号处理器（DSP）及其外围支持芯片性能的提高，软件无线电已经得到广泛应用，大大增强了实时信号处理系统的整体性能。但另一方面，随着ADC和DAC向射频方向前移，信号的采样频率也相应地提高，使得DSP系统数据交换的带宽成倍增长。传统数据交换接口的瓶颈效应日趋明显，因而相应地诞生了一批新的接口标准。PCI接口从1993年提出至今，得到了众多计算机设备厂商的支持，已经在PC机、工业控制等相关领域得到了广泛的应用。
1 基于PCI接口的高速信号处理板卡的设计
图1是该板卡的原理框图。无源雷达接收机输出的中频（30MHz）窄带（带宽为30MHz）窄带（带宽为200kHz）正交信号经过缓冲、滤波后送入A/D变换器AD9051进行高速模数转换。由于采用直接中频带通采样，不但降低了接收机的复杂度，而且减小了接收机的输出噪声电平，有利于提高接收机的灵敏度和动态范围。采用30MHz的采样频率，数据流首先进入FIFO存储器IDT72V255中缓存。当FIFO充满时，EPLD（EMP7128）给TMS3206701 DSP一个外中断信号，启动DSP的DMA传输，将FIFO中的数据快速地传输到DSP片外的同步突发静态存储器（samsung K7A163601M）中。DMA传输结束后，DSP对采样的数据作时-空二维相关处理[1]，处理的结果首先写入双口RAM（IDT70V25）中。PCI总线与双口RAM的数据交换，采用了邮箱寄存器（Mail Box）的方式进行。具体实现如下：先在双口RAM中的某一固定的地址定义一个存储单元作为双方通信的"邮箱"，该存储单元被答作邮箱寄存器。数据通信的发起方先检查邮箱寄存器是否为空，如果邮箱寄存器是空的，则将数据写入双口RAM中；否则就等待邮箱寄存器为空。数据的接收方不断地查询邮箱寄存器，如果发现邮箱寄存器的值为非空，则将双口RAM中的数据读入，同时将邮相寄存器置为空值。利用这种方法的优点是无需外加数据通信握手信号和逻辑，就可以直接完成双向数据流的交换，对通信重复间隔长、数据块大的传输十分适用。
1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI总线的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司，于1993年推出了PC局部总线标准——PCI总线。PCI是一套整体的系统解决方案，较其它只为加速图形或视频操作的局部总线优越。PCI局部总线采用32位或64位数据总线，以33MHz或66MHz的时钟频率操作，可支持多组外围部件及附加卡。在33MHz情况下，其数据传送率高达132MB/s；在66MHz情况下，其数据传送率翻倍。另外，它支持线性突发的数据传输模式，可确保总线不断满载数据。外围设备一般会由内存某个地址顺序接收数据，这意味着可以由一个地址起读写大量数据，然后每次只需将地址自动加1，便可接收数据流下一个字节的数据。线性突发传输能够更有效地利用总线的带宽传送数据，以减少无谓的地址操作。在雷达信号处理中，对信号的实时性要求很高，这就要求信号传输的带宽要足够高，PCI接口非常适合将高速信号处理模块和计算机桥接在一起。目前PCI接口的设计一般采用两种方法：其一是采用通用接口芯片完成。常用的芯片有：AMCC公司的S5933，PLX公司的PLX9054等。其二是采用EPLD或FPGA实现。这种方法可以针对自身的需要定制一定的功能，因而设计灵活性大，但必须严格遵循PCI总线的规范。采用通用接口芯片完成的好处是设计时可以不用关心PCI总线操作，只要处理好本地总线接口即可。设计简单省时。本文采用PLX9054的C模式完成PCI接口功能。PLX9054有着独立的本地总线（Local Bus），由它负责对双口RAM进行访问控制。
